Benestad er Bachelor of Science (Hons) (1992) i fysikk og elektronikk fra University of Manchester Institute of Science and Technology (tidligere UMIST, nå University of Manchester) i Storbritannia og Master of Science (1994) i fysikk fra New Mexico Institute of Mining and Technology i USA (hovedoppgave i skyfysikk). Han har doktorgrad (Doctor of Philosophy (D.Phil), 1997) i fysikk fra University of Oxford (Storbritannia). Emnet for avhandlinga var havmodellering, Kelvinbølger i Stillehavet og El Niño-fenomenet.